Neue Motoren für emissionsärmere Fahrzeuge
Bis zum Jahr 2030 wird sich die Zahl der Privatfahrzeuge vervielfachen, was auch Kraftstoffverbrauch und Emissionen in die Höhe treiben wird. Durch Optimierung von EMS für Hybridantriebe sollen nun Kraftstoffverbrauch und Schadstoffausstoß reduziert werden. Insbesondere technische Verbesserungen bei der adaptiven approximativen Steuerung für Drehzahlerfassung und Luft-Kraftstoff-Verhältnis (AFR) sind vielversprechende Techniken für künftige EMS, Dies war Schwerpunkt des EU-finanzierten Projekts AECE (Adaptive optimal estimation and control for automotive engine systems with approximate dynamic programming). Hierfür wurde neben anderen neuen adaptiven Techniken und einem bioinspirierten Ansatz mit der so genannten approximativen dynamischen Programmierung (ADP) gearbeitet. Die vom Projekt entwickelten adaptiven Algorithmen sind äußerst robust und können die Leistung deutlich verbessern. Weitere untersuchte Aspekte waren der Einsatz in Verbrennungsmotoren und Reduzierung von Entwicklungskosten, weil weniger Messwertgeber benötigt werden. Im Rahmen des Projekts wurden verschiedene Motormodelle entwickelt und validiert und mit einer Motorsimulationssoftware, kalibriert. AECE entwickelte auch ein neues systematisches theoretisches Anpassungskonzept für eine schnelle und robuste Parameterschätzung. Anschließend wurde ein einfacher, robuster Beobachter unbekannter Eingangsgrößen (unknown input observer, UIO) entwickelt und validiert, um die Drehzahl anhand von Motorgeschwindigkeit und Lastmoments zu berechnen. Ein weiteres Projektergebnis waren Lösungen für die adaptive optimale Tracking-Steuerung bei generischen nichtlinearen Systemen. Hierfür wurde der adaptive Algorithmus, den das Projekt entwickelt hatte, in die ADP-Methode integriert, was Leistung und Anwendbarkeit verbesserte. Schließlich konstruierte das Projektteam mehrere dynamische Motorsimulatoren mit kommerzieller Software, um in detaillierten Simulationen die Ergebnisse (Drehmomentberechnung) zu bestätigen. In Tests mit Zweizylindermotoren wurden die neuen Methoden für die AFR-Steuerung validiert. Insgesamt waren die Ergebnisse zur AFR-Regelung vielversprechend, mit niedrigerem Schadstoffausstoß. Die neue Regelungstechnik vereinfacht auch die Offline-Kalibrierung und reduziert Kosten. Die Resultate wurden für Forschung und Industrie in Form von Fachartikeln, in Seminaren und auf Konferenzen präsentiert und auch den beteiligten Universitäten in China und Großbritannien vorgestellt. Industrie und Forschung können nun gemeinsam die Ergebnisse nutzen und Fahrzeugmotoren effizienter und schadstoffärmer machen.
Schlüsselbegriffe
Motoren, Emissionen, Motorsteuerungssysteme, Antriebsstränge, AECE, approximative dynamische Programmierung
